[發(fā)明專利]一種可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210244941.0
• 申請日: 2012-07-16
• 公開（公告）號: CN102751659A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙家霖;余永林
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: H01S5/125
• 分類號: H01S5/125
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王超

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，該激光器是一種基于間插多相移取樣光柵的布拉格反射激光器。

背景技術(shù)

隨著光通信的發(fā)展，尤其是光通信網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)甚至波分復(fù)用(WDM)/光學(xué)時(shí)分復(fù)用(OTDM)系統(tǒng)的研究已經(jīng)取得了迅速的發(fā)展，因而對光源和系統(tǒng)的靈活性有了更高的挑戰(zhàn)。一個(gè)可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器能夠取代多個(gè)固定波長激光器，因此降低了激光器的制造成本，簡化了模塊封裝程序，也降低了備份和庫存管理的成本；在光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，可調(diào)諧激光器的波長可調(diào)性能夠允許對光路由上的波長進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置，在動(dòng)態(tài)重構(gòu)方面有著重要應(yīng)用；此外，可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器也是實(shí)現(xiàn)全光交叉連接(OXC)、光分插復(fù)用(OADM)、光標(biāo)記交換(OLS)等器件的核心。

美國人L.?A.?Coldren等人在“Multi-section?tunable?laser?with?differing?multi-element?mirrors”（專利號：US4896325A）中公開了用取樣布拉格光柵作反射鏡的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，其結(jié)構(gòu)圖如附圖1所示。包含了前光柵區(qū)1、有源區(qū)2、相位區(qū)3和后光柵區(qū)4，其中前光柵區(qū)1和后光柵區(qū)4用來產(chǎn)生梳狀反射譜。取樣光柵一個(gè)取樣周期Z_S內(nèi)的光柵結(jié)構(gòu)如附圖2所示，其中光柵段17的長度為Z_g，另一段長度為Z_S-Z_g的區(qū)域?yàn)榫鶆驘o光柵區(qū)域，取樣光柵反射譜如圖3所示，具有Sinc函數(shù)形狀包絡(luò)的梳狀譜。激光器前、后光柵區(qū)1和4的梳狀反射譜的反射峰間距有細(xì)微差別，從而利用游標(biāo)卡尺效應(yīng)，可以通過在前、后光柵區(qū)注入電流的方式來實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)連續(xù)寬波長范圍調(diào)諧。由于前、后光柵區(qū)1和4的Sinc函數(shù)形狀峰值反射譜包絡(luò)、調(diào)諧時(shí)注入電流導(dǎo)致的損耗增加以及增益譜的不平坦，利用取樣布拉格光柵作反射鏡的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器各波長信道功率嚴(yán)重不均衡，嚴(yán)重影響激光器的性能。

為了改善功率的均衡性以及獲得更寬的波長調(diào)諧范圍，近年來又提出了多種基于游標(biāo)卡尺效應(yīng)的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器。1993年，日本Yuichi?Tohmori等人提出了一種基于超結(jié)構(gòu)布拉格光柵的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器(Y.?Tohmori,?Y.?Yoshikuni,?H.?Ishii,??et?al.?“Broad-Range?Wavelength-Tunable?Superstructure?Grating?(SSG)?DBR?Lasers”,?IEEE?Journal?of?Quantum?Electronics,?vol.29,?no.6,1993)。由于超結(jié)構(gòu)光柵?(SSG)?優(yōu)化后具有很平坦的反射峰值梳狀譜，因而各個(gè)波長信道的功率均衡性得到了改善，波長調(diào)諧范圍可達(dá)100nm；1998年，美國I.?A.?Avrutsky等人提出了基于二元疊合布拉格光柵的可調(diào)諧激光器?(I.?A.?Avrutsky,?D.?S.?Ellis,?A.?Tager,?et?al.?“Design?of?Widely?Tunable?Semiconductor?Lasers?and?the?Concept?of?Binary?Superimposed?Gratings?(BSG's)”,?IEEE?Journal?of?Quantum?Electronics,?vol.34,?no.4,,?1998)。二元疊合光柵?(BSG)?是通過在均勻光柵中一些位置插入π相移，從而產(chǎn)生平坦的反射峰值梳狀譜，理論上波長調(diào)諧范圍也可達(dá)100nm；此外，英國的Bookham公司提出了數(shù)字超模布拉格反射激光器(A.?J.?Ward,?D.?J.?Robbins,?G.?Busico,?et?al,?“Widely?tunable?DS-DBR?laser?with?monolithically?integrated?SOA:?design?and?performance”,?Journal?of?Selected?topics?in?quantum?electronics,?11(1),?pp.149-156,?2005)；意大利M.Gioannini和I.?Montrosset提出了基于間插取樣光柵的寬調(diào)諧半導(dǎo)體激光器(M.Gioannini,?I.?Montrosset,?“Novel?interleaved?sampled?grating?mirrors?for?widely?tunable?DBR?lasers”,?IEE?Proc.?-Optoelectron.,?vol.?148,?no.?1,?February?2001)，并對間插取樣光柵提出了兩種間插方式：間插不同布拉格周期的取樣光柵和間插兩組光柵周期相同、光柵初相位差為π的取樣光柵；華中科技大學(xué)何曉穎、黃德修、余永林等人提出了基于數(shù)字級聯(lián)光柵?(DCG)?的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器(X.?He,?D.?H,?Y.?Y,?et?al.?“Widely?wavelength-selectable?lasers?with?digital?concatenated?grating?reflectors?proposal?and?simulation”,IEEE?Photonics?Technology?Letters,?vol.?20,?no.?21，Nov?2008)，能夠改善激光器的各波長信道的功率均衡性并且提高動(dòng)態(tài)波長切換速度。